남자의 씨앗이 점점 말라가고 있다.
공해 때문인지 스트레스 때문인지 아니면 약물 남오용이나 화학물
질 때문인지 모르지만 남자의 정자 숫자가 줄어들고 있단다. 그러다
가 지구상의 인간들이 멸종되는 건 아닌지? 우려하는 사람들이 있다.
실제로 세계보건기구에서 발행한 정액검사 매뉴얼을 보면 1ml당 정
자수 2,000만 이상을 정상 정액소견으로 설정하고 있다. 이 숫자가 10
여 년 전에는 6,000만이었던 사실을 상기해보면 줄긴 준 모양이다. 그
러나 자연임신이 가능한 최소한의 정자 숫자를 설정한 것 뿐, 남자의
씨가 말라 하향조정한 것은 아닐 것이다.
그러나 옛날에 비해 남성이 불임 원인을 제공하여 초래된 아기 없
는 커플이 늘어난 것 같다.
시험관 아기로 익숙히 알려진 첨단 테크놀러지, 아빠만들기의 생식
보조기술은 이 시대 불임부부에게 크나큰 기대와 희망을 주는 낭보
(朗報)인 것만은 확실하다.
정자 숫자가 적은 감정자증, 정자의 운동성이 떨어진 약정자증, 정자
의 형태가 정상이 아닌 기형정자증. 이와같이 정액 성분이나 정자에
이상이 있어 임신을 이룰 수 없는 상태를 남성불임증이라고 하며 남
성불임증의 논리적 치료가 어려울 경우 아이를 생산할 수 있도록 도
와주는 생식 생물학적 방법이 바로 생식 보조기술 (assisted
reroductive technique)이다.
생식 보조기술은 특히 감정자증과 약정자증을 극복하여 임신에 성
공할 수 있는 계기를 마련해준 경이로운 생명공학 기술이다.
생명체는 정자와 난자가 결합하여 합일체를 이루는 순간에 이루어
진다. 육안으로 보이지 않는 단 한 마리의 미물, 정자와 육안으로 겨
우 보일 정도의 난자(130㎛)가 몸을 섞어(受精) 24시간 후에 위대한
인간의 생명을 창조해내는 신비한 생명현상을 무엇으로 설명할 수
있겠는가?
난자라는 공처럼 생긴 생식세포는 세포질 가운데 유전정보를 지닌
핵(核)이 있고 난황막(卵黃膜)은 이 세포질을 둘러싸는 울타리다. 이
울타리 밖에는 또 하나의 두터운 울타리를 치고 있는데 이것을 투명
대라고 한다. 투명대와 난황막 사이에 약간의 빈공간이 있는데 이 공
간을 위란강(난자 주위공간)이라고 한다. 투명대라는 외측 울타리 벽
에는 부채살관(corona radiata)이라는 철책이 방사형태(放射形態)로
빙 둘러치고 있어 난자를 철통같이 보호하여 외부의 침입을 막고 있
다.
정자는 난자를 만나 일심동체를 이루어 생명을 만들어내기 위해서
는 이와같은 여러 겹의 철벽을 뚫고 가야만 하는 난관을 극복해야만
한다. 남자가 1회 사정으로 뿌린 2∼3억 마리의 정자가 이 일에 도전
한다. 하지만 거의 대부분의 정자가 도중에 죽거나 탈락하고 오직 한
마리만이 이와같은 어려운 일을 자력으로 완수하여 꿈을 이룬다.
여성의 질에 아무렇게나 팽개쳐진 정자가 이와같은 위업을 달성하
기 위해서 통과해야 하는 첫 번째 관문은 자궁의 출입구인 자궁경부
를 통과하는 일이다. 정자를 자궁내로 들여보낼 때 그 출입문에서 정
자의 자질을 시험하게 된다.
자궁경부의 점액성 분비물을 정자가 무난하게 통과해야만 난자를
만날 수 있는 자격이 부여되기 때문이다. 이 1차 관문에서 거의 대부
분의 정자가 탈락하여 난자와의 도킹을 포기하게 된다.
이 문을 거쳐 자궁내로 진입한 정자들은 다시 혼신의 힘을 다해 분
속 1.5∼3mm의 속도로 나팔관 까지 마중나와 기다리고 있는 난자를
향해 돌진한다. 그리고 드디어 난자를 만난다. 실로 정자의 대장정이
다. 이 결승점까지 앞서거니 뒤서거니 함께 경쟁하며 도달한 라이벌
정자들이 모두 이 한 개의 난자를 덮친다. 그러나 강지만 생존하여
승리를 쟁취하는 법.
아직 힘이 넘쳐흐르는 활럭과 만첩한 동작을 보이는 싱싱하고 똘똘
한 정자 한 마리가 자신의 머리를 덮고 있는 모자(첨단체;acrosome)
를 스스로 벗어던진 후 난자의 이중벽 가운데 외측 울타리 벽에 설
치된 철책(corona radiata)을 녹여버리는 화확물질 (효소)을 뿜어낸다.
철책을 헤치고 외측 울타리, 투명대에 어렵사리 접근한 정자는 이
벽면에 머리를 처박고 다시 이 화학물질을 쏘아대며 이 정벽을 용해
시키면서 자신의 몸체를 진입시킨다. 이윽고 통과, 위란강에 들어선
다. 18분 동안 이루어낸 정자의 위업이다.
이제 난자의 표면에 이르렀다. 정자는 자신의 머리를 다시 난자의
표면인 난황막에 붙여 몸을 밀착시킨 후 하나로 융합한다. 이 융합된
막이 소실되면서 정자의 머리는 마침내 난자의 세포질 내로 들어선
것이다. 일단 정자가 난자의 세포질 내로 진입이 완료되면 더 이상
다른 정자의 진입을 막기 위해서 허물어진 울타리를 보수하여 장벽
을 친다. 정자가 난자내로 진입이 끝나면 정자와 난자의 형태가 모두
변화하고 정자와 난자의 반쪽 핵(염색체 수가 절반)이 하나로 하쳐져
서 46개의 염색체를 가진 핵이 형성되는 것이다.
이 상태를 접합체(zygote)라고 한다. 정자와 난자가 만나 접합체가
될 때까지 걸리는 시간은 약 24시간 정도이다.
정자의 질이 문제가 되는 것은 바로 이 때문이다. 난자를 만날때까
지의 험로가 멀기도 하거니와 난자를 만난 후에도 극복해야하는 어
려운 관문이 많기 때문에 여간 똘똘한 정자가 아니면 도저히 접합체
의 꿈을 이룰 수 없다.
정자가 정상 형태이어야 하며 운동성이 출중하여 에너제틱하지 않
으면 안된다. 또 정자의 숫자가 충분하여 난자를 만날 때까지 서로
경쟁하며 동행하는 동료가 많을 수록 접합체를 이룰 수 있는 가능성
이 많아진다. 한 두마리의 정자만 믿고 있다가 어려운 시련을 이기지
못해 죽거나 포기해 버리면 수정을 이룰 수 없기 때문이다.
자궁내 인공수정
자궁의 출입문이 정자가 통과해야만 하는 1차 관문이다. 자궁문에는
끈끈한 점액이 묻어 있어 결손정자는 이 끈끈이를 통과하지 못한다.
비록 유능한 정상 정자일지라도 이 끈끈이의 접착력이 너무 강력한
경우에는 자력으로 이 진입문의 통과가 어려워 수정을 기대할 수
없다.
이때 사용하는 방법이 자궁내 인공수정(IUI)이다. 정자를 인위적으로
자궁 내부까지 데려다줌으로써 이 난관을 뚫어야 하는 정자의 부담을
없애주는 방법이다. 다만 이때 사용되는 정자는 모두 똘똘한
놈이어야 한다.
운동성이 활발한 정자만을 선택 분리하는 일이 체외수정이나
인공수정의 성공률을 높일 수 있는 중요한 요인이 된다. 따라서
가급적이면 똘똘한 정자만을 따로 모아, 얻을 수 있는 방법을
강구하지 않으면 안된다. 1회 시술에 의한 임신율은 약 21%
정도이다.
정액은 국물인 정장액과 건더기인 정자 및 기타 부유물질의
혼합물이다. 기타 부유물질은 죽은 정자, 미성숙 정자, 백혈구, 세균,
깨진 세포의 찌꺼기와 같은 정상 정자 이외의 모든 물질을 말한다.
정액의 국물이랄 수 있는 정장액은 정자 운동성을 방해할뿐 아니라
수정 자체에도 유해한 영향을 끼치는 인자를 함유하고 있기 때문에
생식 보조기술에 사용되는 양질의 정자를 확보하기 위해서는 정액을
처리하여 똘똘한 정자만을 선택 분리해야만 한다. 되도록 정자의
운동성을 더욱 증가시켜 가급적 많은 운동성 정자를 회수할 수 있는
정액 처리방법을 활용해야 한다.
똘똘한 정자만을 다량 확보할 수 있는 정자 처리법
활동성이 뛰어난 양질의 정자를 많이 얻을 수 있는 정자
처리방법으로는 정액 희석법, swim-up 방법, 비중차(比重差)를 통해
운동성 정자를 회수할 수 있는 배지, 퍼콜(percoll)을 이용하는 방법이
있고 또 정자의 운동성을 높일 수 있는 화학약제를 첨가하기도 한다.
정액희석법이라는 간단한 정액 처리방법은 정액을 세척하여
정장액과 분리시키는 것이다. 정액을 원심분리하여 국물에서 정자만
분리하여 건져 올리는 방법이다.
건져올린 정자 덩어리를 배지나 햄스 F-10 용액에 다시 부유시키면
움직임이 더욱 활발해진 정자를 많이 모을 수 있다.
체외수정법
원래 불임 원인을 여성측이 제공할 때나 불임원인을 알 수 없을 때
사용된 방법이었다. 현재엔 남성요인 불임에도 사용되고 있다.
일반적으로 체외수정 방법으로 수정이 어려운 환자에게
미세조작기(micromanipulator)를 이용한 보조생식기술(ART)은
1980년대 IVF-ET program에 연구 시행되었다.
일반적으로 체외수정 방법으로 수정에 실패하는 원인은 정자의
상태에 이상이 있는 남성요인과 난자상태의 이상 또는 면역학적
원인이 있는 비남성요인으로 구분된다.
남성요인은 희소정자증 (oligozoospermia),
무력정자증(asthenozoospermia), 기형정자증(teratozoospermaia)
등이다.
이런 요인들에 의해 체외수정에 실패하거나 수정률이 매우 낮은
경우에는 미세조작술을 이용한 미세수정(micro-insemination) 방법이
이용되었다. 미세수정 방법으로는 부분적 투명대절개술(partial zona
dissection;기계적으로 투명대 일부를 절개), 정자를 란강(pervitelline
space)에 주입하는 투명대하 정자주입술(subzonal
insemination;SUZI), 하나의 정자를 난자의 세포질내에 주입 하는
세포질내 정자주입술(ICSI;intracytoplasmic sperm injection) 등이
있다.
최근에 활발하게 연구, 시행되고 있는 ICSI는 기존의 PZD나
SUZI에 비해 높은 수정률과 임신율을 얻고 있으며 수술로 교정이
불가능한 폐쇄성 무정자증, 선천성 정관형성 부전과 같은 환자에서
미세수술적 부고환 정자흡입술(MESA;microsurgical epididymal
sperm aspiration)과 ICSI를 병행 하여 좋은 결과를 얻고 있다.
남성 요인이 비남성요인에 비해 높은 수정률과 임신율을 보인다.
ICSI가 남성 요인의 불임환자에서 더욱 효율적으로 이용될 수 있음을
시사한다.
비남성 요인에는 난자의 상태에 이상이 있는 환자를 포함하고 있기
때문에 수정률, 임신율에에 차이가난다. 난자의 질이 ICSI결과에
영향을 나타낼 수 있다. 따라서 ICSI가 전반적인 남성 불임환자의
효과적인 치료법이다.
폐쇄성 정로장애로 인한 무정자증은 남성불임의 주요 원인이며 그
빈도는 남성 불임환자의 6∼ 14%를 차지한다. 폐쇄성 무정자증의
원인은 선천성 정관형성 부전증, 염증성 부고환폐쇄, 염증성
정관폐쇄, 인위적인 정관절제 등이 있으며 치료방법으로는
정관고환 문합술, 인공정액류, 정관복원술, 미세수술적 부고환
정자흡입술 등이 있다.
정액검사를 컴퓨터로, 카사
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정액을 분석하는 일은 남자의 수태능력을 평가하는데 가장 중요한
작업이다. 하지만 현재 널리 시행되고 있는 정액검사법은 거의 모두
수작업(手作業)에 의존하고 있기 때문에 검사자의 주관적 기준이나
숙련도에 따라 검사결과가 사뭇 다를 수 있다.
따라서 좀 더 정확한 생식능력을 측정하기 위해서는 보다
객관적이고 재현성(再現性)이 뛰어난 정액분석 방법이 필요하다.
컴퓨터 공학이 바로 이 숙제를 풀어줄 것으로 기대하고 있다. 물론
숙련된 검사자가 수작업으로 분석한 결과가 아직도 남성의 식능력을
가늠하는 주된 척도로 이용되고 있다. 하지만 컴퓨터에 의한
정액검사는 숙련자의 수작업으로도 불가능한 정액지표(指標)를
산정해줄 수 있기 때문에 수작업의 보조수단으로 활용되고 있는
수준이다.
카사는 영상처리 방법을 이용하여 정자의 운동 특성을 분석하는
자동화된 장치이다. 남성불임의 평가에 사용되는 정액지표 가운데
정자의 운동 특성을 분석하는 일이 가장 중요하다.
컴퓨터와 비디오 기술을 활용, 더욱 객관적이고 정량적인 방법으로
정자운동성의 분석을 실현한 것이다. 현미경에 비친 일련의
정자운동을 연속해서 순간의 정지영상으로 잡아 개별적인 정자운동
특성을 정량적으로 구하여 운동지표, 운동성 그리고 정자의 농도를
계산해준다.
카사 시스템은 영상수집부, 영상처리부, 영상분석과 특성 파라미터
계산부로 구성된다. 컴퓨터가 정자를 분석하고 있는 중에도 CRT
모니터를 통해 환자에게 실감나는 정자의 동화상(童畵橡)을 보여줄 수
있는 장점을 지니고 있다.
정자의 운동 특성 파라미터(parameter)는 운동의 활동성을 나타내는
척도와 운동의 유형을 나타내는 척도로 구분할 수 있다.
지러벅, 디스코, 차차차를 혼합한 첨단 전위 댄서, 정자가 분속
2mm의 속도로 전진하는 라이브 이미지를 컴퓨터가 1초당 30장면의
연속 정지영상으로 잡아 컴퓨터가 이해할 수 있는 이진수(二進 數)로
바꾸어 디지털화(binary digitalization)하여 분석한다.
물론 컴퓨터가 정자로 인식하고 그 속도를 측정할 수 있도록 최대
및 최소 크기와 속도를 미리 세팅해주어야 하며 모니터의 밝기와
정자 머리의 콘트라스트를 잘 조절하여 최적화시켜 주어야만 정확한
결과를 기대할 수 있다.
컴퓨터에서의 화상(畵像)은 화소(畵素;pixel)라는 기본 요소로
이루어진다.
정액 1ml당 정자수와 운동성(motility)을 순식간에 보여주며, 정자
활동성의 척도인 곡선거리 (VCL;curvilinear), 평균거리(VAP;velocity
of average path), 직선거리(VSL;straight-line velocity) 그리고
선형성(linearity), 측두거리(ALH;lateral head amplitude),
특활성(HYP;% of hyperactivated sperm) 등과 같은 정자유형의
척도를 정확하게 계산해준다.
선형성은 직선 속도와 곡선속도의 비율이며 직선상이 강할수록 1에
가까워진다. 직선 속도는 1초 당 추적된 정자경로의 처음과 마지막
위치 사이의 직선거리를 말하며 20㎛/초(1㎛=10-6m) 보다 작은
정자는 운동성이 없는 것으로 분석한다. 곡선 속도는 1초당 추적된
정자의 경로를 따라 이동한 거리를 말하며 운동성은 전체 정자수에
대한 활동정자의 비율이며 백분율(%)로 표시한다.
평균속도는 1초당 추적된 정자의 평균거리이며 특활성이란
곡선속도와 측두거리가 기준값보다 크 고 선형성이 기준값보다 작아
복잡한 운동성을 보이는 정자의 백분율이다.
컴퓨터 정액분석법은 수작업으로 할 수 없는 정액지표를 계산해주는
이점이 있지만 정자의 농도가 매우 높을 경우(11∼60cells/HPF)에는
정자 숫자가 30% 가량 과다 측정될 수도 있다.
또 정자가 아닌 다른 입자에 정자가 부딪히거나 정자끼리 서로
충돌하여 운동성이 과소 측정될 수 있는 단점도 있다. 그럼에도
불구하고 컴퓨터 정액분석은 체외 인공수정을 시도할 때 성공 여부를
측정하는 객관적 검사로 활용되며 정자은행에 예치시켰던 냉동정자의
수태능력을 측정하는 데도 사용되고 있다.
카사의 맹점이 보완되지 않는 한 아직은 숙련자의 눈과 손을
컴퓨터가 대신할 순 없다. 컴퓨터도 결국 인간의 피조물이니까.